Genetic engineering of baker's and wine yeasts using formaldehyde hyperresistance-mediating plasmids

Yeast multi-copy vectors carrying the formaldehyde-resistance marker gene SFA have proved to be a valuable tool for research on industrially used strains of Saccharomyces cerevisiae. The genetics of these strains is often poorly understood, and for various reasons it is not possible to simply subject these strains to protocols of genetic engineering that have been established for laboratory strains of S. cerevisiae. We tested our vectors and protocols using 10 randomly picked baker's and wine yeasts all of which could be transformed by a simple protocol with vectors conferring hyperresistance to formaldehyde. The application of formaldehyde as a selecting agent also offers the advantage of its biodegradation to CO2 during fermentation, i.e., the selecting agent will be consumed and therefore its removal during down-stream processing is not necessary. Thus, this vector provides an expression system which is simple to apply and inexpensive to use

Use of fluorescent probes to follow membrane traffic in nerve terminals

Optical tracers in conjunction with fluorescence microscopy have become widely used to follow the movement of synaptic vesicles in nerve terminals. The present review discusses the use of these optical methods to understand the regulation of exocytosis and endocytosis of synaptic vesicles. The maintenance of neurotransmission depends on the constant recycling of synaptic vesicles and important insights have been gained by visualization of vesicles with the vital dye FM1-43. A number of questions related to the control of recycling of synaptic vesicles by prolonged stimulation and the role of calcium to control membrane internalization are now being addressed. It is expected that optical monitoring of presynaptic activity coupled to appropriate genetic models will contribute to the understanding of membrane traffic in synaptic terminals.

Genetic and environmental influences on blood pressure and physical activity: a study of nuclear families from Muzambinho, Brazil

Blood pressure (BP) and physical activity (PA) levels are inversely associated. Since genetic factors account for the observed variation in each of these traits, it is possible that part of their association may be related to common genetic and/or environmental influences. Thus, this study was designed to estimate the genetic and environmental correlations of BP and PA phenotypes in nuclear families from Muzambinho, Brazil. Families including 236 offspring (6 to 24 years) and their 82 fathers and 122 mothers (24 to 65 years) were evaluated. BP was measured, and total PA (TPA) was assessed by an interview (commuting, occupational, leisure time, and school time PA). Quantitative genetic modeling was used to estimate maximal heritability (h²), and genetic and environmental correlations. Heritability was significant for all phenotypes (systolic BP: h² = 0.37 ± 0.10, P < 0.05; diastolic BP: h² = 0.39 ± 0.09, P < 0.05; TPA: h² = 0.24 ± 0.09, P < 0.05). Significant genetic (r g) and environmental (r e) correlations were detected between systolic and diastolic BP (r g = 0.67 ± 0.12 and r e = 0.48 ± 0.08, P < 0.05). Genetic correlations between BP and TPA were not significant, while a tendency to an environmental cross-trait correlation was found between diastolic BP and TPA (r e = -0.18 ± 0.09, P = 0.057). In conclusion, BP and PA are under genetic influences. Systolic and diastolic BP share common genes and environmental influences. Diastolic BP and TPA are probably under similar environmental influences.

An artificial neural network model for prediction of quality characteristics of apples during convective dehydration

In this study, the effects of hot-air drying conditions on color, water holding capacity, and total phenolic content of dried apple were investigated using artificial neural network as an intelligent modeling system. After that, a genetic algorithm was used to optimize the drying conditions. Apples were dried at different temperatures (40, 60, and 80 °C) and at three air flow-rates (0.5, 1, and 1.5 m/s). Applying the leave-one-out cross validation methodology, simulated and experimental data were in good agreement presenting an error < 2.4 %. Quality index optimal values were found at 62.9 °C and 1.0 m/s using genetic algorithm.

Bounds on edit metric codes with combinatorial DNA constraints

The design of a large and reliable DNA codeword library is a key problem in DNA based computing. DNA codes, namely sets of fixed length edit metric codewords over the alphabet {A, C, G, T}, satisfy certain combinatorial constraints with respect to biological and chemical restrictions of DNA strands. The primary constraints that we consider are the reverse--complement constraint and the fixed GC--content constraint, as well as the basic edit distance constraint between codewords. We focus on exploring the theory underlying DNA codes and discuss several approaches to searching for optimal DNA codes. We use Conway's lexicode algorithm and an exhaustive search algorithm to produce provably optimal DNA codes for codes with small parameter values. And a genetic algorithm is proposed to search for some sub--optimal DNA codes with relatively large parameter values, where we can consider their sizes as reasonable lower bounds of DNA codes. Furthermore, we provide tables of bounds on sizes of DNA codes with length from 1 to 9 and minimum distance from 1 to 9.

Bio-inspired optimization & sampling technique for side-chain packing in MCCE

The prediction of proteins' conformation helps to understand their exhibited functions, allows for modeling and allows for the possible synthesis of the studied protein. Our research is focused on a sub-problem of protein folding known as side-chain packing. Its computational complexity has been proven to be NP-Hard. The motivation behind our study is to offer the scientific community a means to obtain faster conformation approximations for small to large proteins over currently available methods. As the size of proteins increases, current techniques become unusable due to the exponential nature of the problem. We investigated the capabilities of a hybrid genetic algorithm / simulated annealing technique to predict the low-energy conformational states of various sized proteins and to generate statistical distributions of the studied proteins' molecular ensemble for pKa predictions. Our algorithm produced errors to experimental results within .acceptable margins and offered considerable speed up depending on the protein and on the rotameric states' resolution used.

GA approach for finding Rough Set decision rules based on bireducts

Feature selection plays an important role in knowledge discovery and data mining nowadays. In traditional rough set theory, feature selection using reduct - the minimal discerning set of attributes - is an important area. Nevertheless, the original definition of a reduct is restrictive, so in one of the previous research it was proposed to take into account not only the horizontal reduction of information by feature selection, but also a vertical reduction considering suitable subsets of the original set of objects. Following the work mentioned above, a new approach to generate bireducts using a multi--objective genetic algorithm was proposed. Although the genetic algorithms were used to calculate reduct in some previous works, we did not find any work where genetic algorithms were adopted to calculate bireducts. Compared to the works done before in this area, the proposed method has less randomness in generating bireducts. The genetic algorithm system estimated a quality of each bireduct by values of two objective functions as evolution progresses, so consequently a set of bireducts with optimized values of these objectives was obtained. Different fitness evaluation methods and genetic operators, such as crossover and mutation, were applied and the prediction accuracies were compared. Five datasets were used to test the proposed method and two datasets were used to perform a comparison study. Statistical analysis using the one-way ANOVA test was performed to determine the significant difference between the results. The experiment showed that the proposed method was able to reduce the number of bireducts necessary in order to receive a good prediction accuracy. Also, the influence of different genetic operators and fitness evaluation strategies on the prediction accuracy was analyzed. It was shown that the prediction accuracies of the proposed method are comparable with the best results in machine learning literature, and some of them outperformed it.

Protecting Genetic Information: A Comparison of Normative Approaches

The increasing use of genetic information has emerged as an important concern worldwide as scientific and technological advances continue to advance at lightening speed and as governments struggle to develop appropriate policy frameworks. While most countries clearly recognize that genetic information warrants some form of privacy protection, the underlying rationale for providing that protection and the approach which is ultimately adopted vary significantly across the board. As a result, a medley of laws, policy statements and guidelines currently exist to protect genetic information, each with its inherent assumptions, concepts and terminology.

Providing Genetic Testing Through the Private Sector: A View From Canada

Genetic testing technologies are rapidly moving from the research laboratory to the market place. Very little scholarship considers the implications of private genetic testing for a public health care system such as Canada’s. It is critical to consider how and if these tests should be marketed to, and purchased by, the public. It is also imperative to evaluate the extent to which genetic tests are or should be included in Canada’s public health care system, and the impact of allowing a two-tiered system for genetic testing. A series of threshold tests are presented as ways of clarifying whether a genetic test is morally appropriate, effective and safe, efficient and appropriate for public funding and whether private purchase poses special problems and requires further regulation. These thresholds also identify the research questions around which professional, public and policy debate must be sustained: What is a morally acceptable goal for genetic services? What are the appropriate benefits? What are the risks? When is it acceptable that services are not funded under health care? And how can the harms of private access be managed?

Représentation et recherche de motifs cycliques et structuraux d’ARN connus dans les structures secondaires

L'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN) sont des polymères de nucléotides essentiels à la cellule. À l'inverse de l'ADN qui sert principalement à stocker l'information génétique, les ARN sont impliqués dans plusieurs processus métaboliques. Par exemple, ils transmettent l’information génétique codée dans l’ADN. Ils sont essentiels pour la maturation des autres ARN, la régulation de l’expression génétique, la prévention de la dégradation des chromosomes et le ciblage des protéines dans la cellule. La polyvalence fonctionnelle de l'ARN résulte de sa plus grande diversité structurale. Notre laboratoire a développé MC-Fold, un algorithme pour prédire la structure des ARN qu'on représente avec des graphes d'interactions inter-nucléotidiques. Les sommets de ces graphes représentent les nucléotides et les arêtes leurs interactions. Notre laboratoire a aussi observé qu'un petit ensemble de cycles d'interactions à lui seul définit la structure de n'importe quel motif d'ARN. La formation de ces cycles dépend de la séquence de nucléotides et MC-Fold détermine les cycles les plus probables étant donnée cette séquence. Mon projet de maîtrise a été, dans un premier temps, de définir une base de données des motifs structuraux et fonctionnels d'ARN, bdMotifs, en terme de ces cycles. Par la suite, j’ai implanté un algorithme, MC-Motifs, qui recherche ces motifs dans des graphes d'interactions et, entre autres, ceux générés par MC-Fold. Finalement, j’ai validé mon algorithme sur des ARN dont la structure est connue, tels que les ARN ribosomaux (ARNr) 5S, 16S et 23S, et l'ARN utilisé pour prédire la structure des riborégulateurs. Le mémoire est divisé en cinq chapitres. Le premier chapitre présente la structure chimique, les fonctions cellulaires de l'ARN et le repliement structural du polymère. Dans le deuxième chapitre, je décris la base de données bdMotifs. Dans le troisième chapitre, l’algorithme de recherche MC-Motifs est introduit. Le quatrième chapitre présente les résultats de la validation et des prédictions. Finalement, le dernier chapitre porte sur la discussion des résultats suivis d’une conclusion sur le travail.

Modélisation de l'irradiance solaire spectrale dans le proche et moyen ultraviolet

Nous présentons un modèle pour l’irradiance solaire spectrale entre 200 et 400 nm. Celui-ci est une extension d’un modèle d’irradiance solaire totale basé sur la simulation de la fragmentation et l’érosion des taches qui utilise, en entrée, les positions et aires des taches observées pour chaque pas de temps d’une journée. L’émergence des taches sur la face du Soleil opposée à la Terre est simulée par une injection stochastique. Le modèle simule ensuite leur désintégration, qui produit des taches plus petites et des facules. Par la suite, l’irradiance est calculée en sommant la contribution des taches, des facules et du Soleil inactif. Les paramètres libres du modèle sont ajustés en comparant les séquences temporelles produites avec les données provenant de divers satellites s’étalant sur trois cycles d’activité. Le modèle d’irradiance spectrale, quant à lui, a été obtenu en modifiant le calcul de la contribution des taches et des facules, ainsi que celle du Soleil inactif, afin de tenir compte de leur dépendance spectrale. Le flux de la photosphère inactive est interpolé sur un spectre synthétique non magnétisé, alors que le contraste des taches est obtenu en calculant le rapport du flux provenant d’un spectre synthétique représentatif des taches et de celui provenant du spectre représentatif du Soleil inactif. Le contraste des facules est quand à lui calculé avec une procédure simple d’inversion de corps noir. Cette dernière nécessite l’utilisation d’un profil de température des facules obtenu à l’aide de modèles d’atmosphère. Les données produites avec le modèle d’irradiance spectrale sont comparées aux observations de SOLSTICE sur UARS. L’accord étant peu satisfaisant, particulièrement concernant le niveau d’irradiance minimal ainsi que l’amplitude des variations, des corrections sont appliquées sur le flux du Soleil inactif, sur le profil de température des facules, ainsi qu’à la dépendance centre-bord du contraste des facules. Enfin, un profil de température des facules est reconstruit empiriquement en maximisant l’accord avec les observations grâce à un algorithme génétique. Il est utilisé afin de reconstruire les séquences temporelles d’irradiance jusqu’en 1874 à des longueurs d’ondes d’intérêt pour la chimie et la dynamique stratosphérique.

The bridging of pluralistic visions of science and ethics for bioethics - Tibetan medicine as compared with the Western research on longevity and human genetic enhancement

La thèse examine les liens entre la vision pluraliste de la science et l’éthique de la médecine tibétaine et les nouvelles pratiques en médecine occidentale, soit la longévité et la recherche sur la génétique amélioratrice. Elle cherche à cerner l’apport que la médecine tibétaine peut apporter aux recherches occidentales sur la longévité et la génétique humaine amélioratrice. Elle traite donc d’un enjeu social clé et du débat qui s’y rattache. La découverte et la description sont centrales à la méthodologie et informent l’analyse. Nous avons examiné dans un premier temps, les travaux de recherche sur la longévité reliée à la génétique amélioratrice (mémoire et muscles). Nous nous sommes penchés également sur les fondements de la médecine tibétaine en tant que système intégré. Pour ce faire, nous avons traité des notions telles que la santé, l’identité, la perfection et l’immortalité. Notre cadre conceptuel repose sur la théorie bouddhiste de l’interdépendance qui se caractérise par la formulation de catégories qui ensuite sont synthétisées dans l’essence; les deux niveaux d’interprétation de la théorie sont décrits en détail avant de passer à une comparaison avec la notion de complexité occidentale. La médecine tibétaine de fait présente un système où l’éthique et la science sont intégrées et se prête bien à une comparaison avec la vision pluraliste de la science à partir d’une perspective éthique/bioéthique. Les commentaires recueillis auprès des experts nous ont permis de cerner comment la science, l’éthique et l’amélioration de la longévité sont définies au sein des deux paradigmes de l’Est et de l’Ouest. Nos résultats montrent six points qui se dégagent au terme de cette recherche permettent de jeter un pont sur la vision pluraliste de ces paradigmes. Ceux-ci transcendent les points de vue doctrinaux individuels de religions ainsi que du monde scientifique occidental. Plus que tout, ils laissent entrevoir un cadre de références novatrices qui contribuera à la prise de décision à l’égard de questionnements bioéthiques.

Optimisation des horaires des agents et du routage des appels dans les centres d’appels

Nous étudions la gestion de centres d'appels multi-compétences, ayant plusieurs types d'appels et groupes d'agents. Un centre d'appels est un système de files d'attente très complexe, où il faut généralement utiliser un simulateur pour évaluer ses performances. Tout d'abord, nous développons un simulateur de centres d'appels basé sur la simulation d'une chaîne de Markov en temps continu (CMTC), qui est plus rapide que la simulation conventionnelle par événements discrets. À l'aide d'une méthode d'uniformisation de la CMTC, le simulateur simule la chaîne de Markov en temps discret imbriquée de la CMTC. Nous proposons des stratégies pour utiliser efficacement ce simulateur dans l'optimisation de l'affectation des agents. En particulier, nous étudions l'utilisation des variables aléatoires communes. Deuxièmement, nous optimisons les horaires des agents sur plusieurs périodes en proposant un algorithme basé sur des coupes de sous-gradients et la simulation. Ce problème est généralement trop grand pour être optimisé par la programmation en nombres entiers. Alors, nous relaxons l'intégralité des variables et nous proposons des méthodes pour arrondir les solutions. Nous présentons une recherche locale pour améliorer la solution finale. Ensuite, nous étudions l'optimisation du routage des appels aux agents. Nous proposons une nouvelle politique de routage basé sur des poids, les temps d'attente des appels, et les temps d'inoccupation des agents ou le nombre d'agents libres. Nous développons un algorithme génétique modifié pour optimiser les paramètres de routage. Au lieu d'effectuer des mutations ou des croisements, cet algorithme optimise les paramètres des lois de probabilité qui génèrent la population de solutions. Par la suite, nous développons un algorithme d'affectation des agents basé sur l'agrégation, la théorie des files d'attente et la probabilité de délai. Cet algorithme heuristique est rapide, car il n'emploie pas la simulation. La contrainte sur le niveau de service est convertie en une contrainte sur la probabilité de délai. Par après, nous proposons une variante d'un modèle de CMTC basé sur le temps d'attente du client à la tête de la file. Et finalement, nous présentons une extension d'un algorithme de coupe pour l'optimisation stochastique avec recours de l'affectation des agents dans un centre d'appels multi-compétences.

Analyse de sensibilité de l’effet d’un programme de prévention avec randomisation : application de trois techniques d’appariement pour balancer les groupes contrôle et expérimental : distance de Mahanalobis, score de propension et algorithme génétique

Les analyses effectuées dans le cadre de ce mémoire ont été réalisées à l'aide du module MatchIt disponible sous l’environnent d'analyse statistique R. / Statistical analyzes of this thesis were performed using the MatchIt package available in the statistical analysis environment R.

Meta-heuristic Solution Methods for Rich Vehicle Routing Problems

Le problème de tournées de véhicules (VRP), introduit par Dantzig and Ramser en 1959, est devenu l'un des problèmes les plus étudiés en recherche opérationnelle, et ce, en raison de son intérêt méthodologique et de ses retombées pratiques dans de nombreux domaines tels que le transport, la logistique, les télécommunications et la production. L'objectif général du VRP est d'optimiser l'utilisation des ressources de transport afin de répondre aux besoins des clients tout en respectant les contraintes découlant des exigences du contexte d’application. Les applications réelles du VRP doivent tenir compte d’une grande variété de contraintes et plus ces contraintes sont nombreuse, plus le problème est difficile à résoudre. Les VRPs qui tiennent compte de l’ensemble de ces contraintes rencontrées en pratique et qui se rapprochent des applications réelles forment la classe des problèmes ‘riches’ de tournées de véhicules. Résoudre ces problèmes de manière efficiente pose des défis considérables pour la communauté de chercheurs qui se penchent sur les VRPs. Cette thèse, composée de deux parties, explore certaines extensions du VRP vers ces problèmes. La première partie de cette thèse porte sur le VRP périodique avec des contraintes de fenêtres de temps (PVRPTW). Celui-ci est une extension du VRP classique avec fenêtres de temps (VRPTW) puisqu’il considère un horizon de planification de plusieurs jours pendant lesquels les clients n'ont généralement pas besoin d’être desservi à tous les jours, mais plutôt peuvent être visités selon un certain nombre de combinaisons possibles de jours de livraison. Cette généralisation étend l'éventail d'applications de ce problème à diverses activités de distributions commerciales, telle la collecte des déchets, le balayage des rues, la distribution de produits alimentaires, la livraison du courrier, etc. La principale contribution scientifique de la première partie de cette thèse est le développement d'une méta-heuristique hybride dans la quelle un ensemble de procédures de recherche locales et de méta-heuristiques basées sur les principes de voisinages coopèrent avec un algorithme génétique afin d’améliorer la qualité des solutions et de promouvoir la diversité de la population. Les résultats obtenus montrent que la méthode proposée est très performante et donne de nouvelles meilleures solutions pour certains grands exemplaires du problème. La deuxième partie de cette étude a pour but de présenter, modéliser et résoudre deux problèmes riches de tournées de véhicules, qui sont des extensions du VRPTW en ce sens qu'ils incluent des demandes dépendantes du temps de ramassage et de livraison avec des restrictions au niveau de la synchronization temporelle. Ces problèmes sont connus respectivement sous le nom de Time-dependent Multi-zone Multi-Trip Vehicle Routing Problem with Time Windows (TMZT-VRPTW) et de Multi-zone Mult-Trip Pickup and Delivery Problem with Time Windows and Synchronization (MZT-PDTWS). Ces deux problèmes proviennent de la planification des opérations de systèmes logistiques urbains à deux niveaux. La difficulté de ces problèmes réside dans la manipulation de deux ensembles entrelacés de décisions: la composante des tournées de véhicules qui vise à déterminer les séquences de clients visités par chaque véhicule, et la composante de planification qui vise à faciliter l'arrivée des véhicules selon des restrictions au niveau de la synchronisation temporelle. Auparavant, ces questions ont été abordées séparément. La combinaison de ces types de décisions dans une seule formulation mathématique et dans une même méthode de résolution devrait donc donner de meilleurs résultats que de considérer ces décisions séparément. Dans cette étude, nous proposons des solutions heuristiques qui tiennent compte de ces deux types de décisions simultanément, et ce, d'une manière complète et efficace. Les résultats de tests expérimentaux confirment la performance de la méthode proposée lorsqu’on la compare aux autres méthodes présentées dans la littérature. En effet, la méthode développée propose des solutions nécessitant moins de véhicules et engendrant de moindres frais de déplacement pour effectuer efficacement la même quantité de travail. Dans le contexte des systèmes logistiques urbains, nos résultats impliquent une réduction de la présence de véhicules dans les rues de la ville et, par conséquent, de leur impact négatif sur la congestion et sur l’environnement.